CN207731181U

CN207731181U - 新型cmos结构的ldo线性稳压器

Info

Publication number: CN207731181U
Application number: CN201820142390.XU
Authority: CN
Inventors: 聂海; 宋登明; 王银
Original assignee: Chengdu Core Micro Nano Electronic Technology Co Ltd; Chengdu University of Information Technology
Current assignee: Chengdu Core Micro Nano Electronic Technology Co Ltd; Chengdu University of Information Technology
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2018-08-14
Anticipated expiration: 2028-01-26

Abstract

本实用新型公开了一种新型CMOS结构的LDO线性稳压器，包括：偏置电路模块、带隙基准源电路模块、误差放大器电路模块、比较器电路模块以及输出电路模块。本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，可在负电源电压下工作，功耗低，带宽恒定，系统瞬态响应能力强，可以实现自身固定‑5V输出，还可以采用外接反馈电阻实现可调输出。

Description

新型CMOS结构的LDO线性稳压器

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别涉及一种新型CMOS结构的LDO线性稳压器。

背景技术

随着消费类电子产品的迅速普及，以及半导体制造工艺的逐步提升，低压差线性稳压器被大量应用在消费类电子产品中，原因是其在给整个系统内各个模块供应所需稳定直流电压方面具有十分出色的性能。但传统的无电容型LDO，在满足一定指标和工艺的同时，往往我们要牺牲一部分电路的稳定性，导致电路不能有恒定的带宽，系统瞬态响应能力不够高，输出不可调节等等，因此高性能的LDO更是现在很多模拟IC设计师的研究对象。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种新型CMOS结构的LDO线性稳压器。所述技术方案如下：

一方面，一种新型CMOS结构的LDO线性稳压器，包括：偏置电路(BIAS)模块、带隙基准源电路(VREF)模块、误差放大器电路(EA)模块、比较器电路(COMP)模块以及输出电路模块；

偏置电路模块为后级电路提供合适的偏置电压；

带隙基准源电路模块为后级电路提供稳定的电压并作为新型LDO的输入级；

误差放大器电路模块，用于比较输出反馈取样信号与基准电压，并控制后级电路的工作状态，使输出保持稳定；

比较器电路模块输出端与双掷开关SW相连，控制LDO的输出；

输出电路模块，由功率调整管、双掷开关SW和负载共同构成。

进一步的，偏置电路模块采用自偏置结构，给整个电路提供可靠而稳定的偏置电压。

进一步的，带隙基准源电路模块采用β二阶补偿带隙基准电路结构，为后级电路提供与温度无关且稳定的基准电压。

进一步的，误差放大器电路模块采用折叠式共源共栅(cascode)结构，具有很高的增益。

进一步的，误差放大器电路模块具有较低的电源工作电压、较低的静态工作电流、宽的带宽、较高的开环增益和高的电源抑制比。

进一步的，比较器电路模块采用两级运放结构。

进一步的，比较器电路模块通过选择双掷开关SW的节点A、B，达到LDO输出可调的目的。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，可在负电源电压下工作，功耗低，带宽恒定，系统瞬态响应能力强，可以实现自身固定-5V输出，还可以采用外接反馈电阻实现可调输出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例的模块示意图；

图2是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例中偏置电路模块的电路图；

图3是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例的中带隙基准源电路模块的电路图；

图4是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例的中误差放大器电路模块的电路图；

图5是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例的中比较器电路模块的电路图；

图6是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例的中输出电路模块的电路图；

图7是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例整体电路的symbol示意图；

图8是本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器实施例的稳定性仿真曲线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例

如图1所示，本实用新型提供的新型CMOS结构的LDO线性稳压器10包括：偏置电路(BIAS)模块100、带隙基准源电路(VREF)模块200、误差放大器电路(EA)模块300、比较器电路(COMP)模块400以及输出电路模块500。

偏置电路模块100为后级电路提供合适的偏置电压；带隙基准源电路模块200为后级电路提供稳定的电压并作为新型LDO的输入级；误差放大器电路模块300，用于比较输出反馈取样信号与基准电压，并控制后级电路的工作状态，使输出保持稳定；比较器电路模块400输出端与双掷开关SW相连，控制LDO的输出；输出电路模块500由功率调整管、双掷开关SW和负载共同构成。

如图2所示，偏置电路模块100采用自偏置结构，包括：PMOS管P1、P2，NMOS管N1、N2以及电阻R。NMOS管N1、N2形成电流镜，PMOS管P1、P2和R构成对数电流源。偏置电路模块100作为偏置电路输出端，电路结构简单，给整个电路提供可靠而稳定的偏置电压。

如图3所示，带隙基准源电路模块200采用β二阶补偿带隙基准电路结构，包括：PMOS管P1、P2、P3、P4，NMOS管N1、N2、N3、N4、N5，三极管NPN1、NPN2、NPN3，电容Cc以及电阻R1、R2。图中VIN是输入负电源，GND是接地线，PMOS管P1、P2、P3、P4和NMOS管N1、N2构成运放单元，通过反馈环路使节点A和B的电位相等。电容Cc对环路起密勒补偿作用，PMOS管P2是启动管。电阻R1、R2，三极管NPN1、NPN2和NMOS管N3、N4、N5构成带隙基准核，三极管NPN1和NPN2的个数比是7:1；NMOS管N3，N4，N5构成1:1:1的镜像电流源，漏极电流I_D3＝I_D4＝I_D5＝I_D，三极管NPN3起减小NMOS管N3沟道长度调制效应的作用；REF_OUT为基准源的输出端。

带隙基准源电路模块200为后级电路提供与温度无关稳定的电压，且带隙电压电路输出与绝对温度无关的带隙电压表达式为：

如图4所示，误差放大器电路模块300采用折叠式共源共栅(cascode)结构，包括：PMOS管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8，NMOS管N1、N2、N3、N4、N5。VBIAS为偏置输入电压，V-、V+为放大器输入端，Vout为输出端。误差放大器电路模块300具有很高的增益，并且使用PMOS管作为输入，降低了输入噪声。

误差放大器电路模块300具有较低的电源工作电压、较低的静态工作电流、宽的带宽、较高的开环增益和高的电源抑制比。

如图5所示，比较器电路模块400采用两级运放结构，包括：PMOS管P1、P2、P3，NMOS管N1、N2、N3、N4。第一级为NMOS管N1、N2和PMOS管P1、P2组成的双端转单端输出的运算放大器；第二级为PMOS管P3和NMOS管N4构成的放大电路，提供轨—轨输出电压。NMOS管N3、N4提供偏置电流，栅极电压由偏置电路模块100提供，在室温下VIN＝-9V，比较器电路静态电流约50nA，所有的MOS管均工作在亚阈值区。

比较器电路模块400具有较高增益情况下具有很高的稳定性，通过输出端与输出电路模块500的双掷开关SW相连，通过选择双掷开关SW的节点A、B，控制LDO的输出，达到LDO输出可调的目的。

如图6所示，输出电路模块500包括：功率调整管Mp，调节电阻R1、R2、R1S、R2S，双掷开关SW，负载电阻RL以及负载电容CL。R1和R2集成在芯片内部，用来提供固定-5V输出，R1S和R2S是外部反馈电阻，阻值可调。输出电路模块500通过调节外部反馈电阻R1S和R2S的阻值，提供可调输出。

本实施例中，还提供了新型CMOS结构的LDO线性稳压器的symbol示意图，如图7所示，包括：偏置电路模块100symbol，带隙基准源电路模块200symbol，误差放大器电路模块300symbol，比较器电路模块400symbol以及输出电路模块500。

偏置电路模块100为各级电路提供合适的偏置电压；带隙基准源电路模块200为后级电路提供稳定的电压并作为新型LDO的输入级；误差放大器电路模块300用来比较输出反馈取样信号与基准电压，并控制着后级电路的工作状态，使输出保持稳定；比较器电路模块400输出端与双掷开关SW相连，控制LDO的输出；输出电路模块500由功率调整管、双掷开关SW和负载共同构成，其中功率调整管和反馈电阻与误差放大器电路模块300构成负反馈环路，输出Vout在功率调整管漏端引出。

偏置电路模块100在室温下VIN接-9V电源；输出端为Vout，通过Vout连接带隙基准源电路模块200、误差放大器电路模块300和比较器电路模块400，为带隙基准源电路模块200、误差放大器电路模块300和比较器电路模块400提供适当的偏置。

带隙基准源电路模块200在室温下VIN接-9V电源，BIAS端接偏置电路模块100提供的偏置电压；输出端为REF_OUT，连接着误差放大器电路模块300的负向输入端，为误差放大器电路模块300提供稳定的基准电压。

误差放大器电路模块300采用PMOS管作为输入，可降低输入噪声的影响，电流镜采用的是自偏置的折叠式共源共栅(cascode)电流镜，具有很高的增益；误差放大器电路模块300的负向输入端连接着带隙基准源电路模块200的REF_OUT端，正向端连接着输出电路模块500中双掷开关SW，而输出端连接着输出电路模块500中功率调整管Mp的栅极，VBIAS为偏置电压。

比较器电路模块400在室温下VIN接-9V电源，BIAS端接偏置电路模块100提供的偏置电压；反相器同相输入端接GND，反向输入端为SET，连接着开关SWO；输出为OUT端，连接着输出电路模块500中双掷开关SW。

输出电路模块500中功率调整管Mp的栅极连接着误差放大器电路模块300的输出，漏极连接着负载电阻R1、R2、R1S、R2S以及负载电容CL，负载电阻RL构成新型LDO的输出。

在电源电压VIN为-2～-18V，可调输出电压为-1.3V～VIN+0.5V，Iout＝15mA，线性调整率为0.015％，负载调整率为0.85Ω，采用0.6um全介质隔离CMOS工艺的条件下，测定本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器的稳定性仿真曲线，结果如图8所示，从图中可以看出系统具有很高的稳定性。

本实用新型的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，可在负电源电压下工作，功耗低，带宽恒定，系统瞬态响应能力强，可以实现自身固定-5V输出，还可以采用外接反馈电阻实现可调输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，包括：偏置电路模块、带隙基准源电路模块、误差放大器电路模块、比较器电路模块以及输出电路模块；

所述偏置电路模块为后级电路提供合适的偏置电压；

所述带隙基准源电路模块为后级电路提供稳定的电压并作为新型LDO的输入级；

所述误差放大器电路模块，用于比较输出反馈取样信号与基准电压，并控制后级电路的工作状态，使输出保持稳定；

所述比较器电路模块输出端与双掷开关相连，控制LDO的输出；

所述输出电路模块，由功率调整管、双掷开关和负载共同构成。

2.如权利要求1所述的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，所述偏置电路模块采用自偏置结构，给整个电路提供可靠而稳定的偏置电压。

3.如权利要求2所述的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，所述带隙基准源电路模块采用β二阶补偿带隙基准电路结构，为后级电路提供与温度无关且稳定的基准电压。

4.如权利要求3所述的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器电路模块采用折叠式共源共栅结构，具有高增益。

5.如权利要求4所述的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，所述比较器电路模块采用两级运放结构。

6.如权利要求5所述的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器电路模块具有低电源工作电压、低静态工作电流、宽带宽、高开环增益和高电源抑制比。

7.如权利要求6所述的新型CMOS结构的LDO线性稳压器，其特征在于，所述比较器电路模块通过选择双掷开关SW的节点A、B，达到LDO输出可调的目的。